JPH05126639A - 光源の空中波長を確定し且つ固定する方法及び装置 - Google Patents
光源の空中波長を確定し且つ固定する方法及び装置Info
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- JPH05126639A JPH05126639A JP4100282A JP10028292A JPH05126639A JP H05126639 A JPH05126639 A JP H05126639A JP 4100282 A JP4100282 A JP 4100282A JP 10028292 A JP10028292 A JP 10028292A JP H05126639 A JPH05126639 A JP H05126639A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
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- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
- H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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- G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
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-
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光源の空中波長を確定する方法を改良するこ
と。 【構成】 光源（１）− レーザーダイオード又はＮｄ
−ＹＡＧリングレーザー−の空中波長（λL ）を安定化
−制御回路（１，空気を充満させたファブリー・ペロー
干渉計３，３０１，３０５，１３０）により確定し且つ
固定する方法及び装置において、アンビギュイティを排
除するために、周囲空気（２３０）の熱力学的パラメー
タ（ＴL ，ｐ，ｒＦ ）及び必要に応じて制御回路
（１，３，３０１，３０５，１３０）の一部（３，Ｔ
F ）から空中波長の概略値を確定し（エドレンの公
式）、ＦＳＲの最も近い整数倍にまるめることにより厳
密な空中波長（λL ）を確定する。長さ測定用干渉計へ
の適用。校正方法を提示する。
と。 【構成】 光源（１）− レーザーダイオード又はＮｄ
−ＹＡＧリングレーザー−の空中波長（λL ）を安定化
−制御回路（１，空気を充満させたファブリー・ペロー
干渉計３，３０１，３０５，１３０）により確定し且つ
固定する方法及び装置において、アンビギュイティを排
除するために、周囲空気（２３０）の熱力学的パラメー
タ（ＴL ，ｐ，ｒＦ ）及び必要に応じて制御回路
（１，３，３０１，３０５，１３０）の一部（３，Ｔ
F ）から空中波長の概略値を確定し（エドレンの公
式）、ＦＳＲの最も近い整数倍にまるめることにより厳
密な空中波長（λL ）を確定する。長さ測定用干渉計へ
の適用。校正方法を提示する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、所定のジャンプを伴う
アンビギュイティを有する安定化・制御回路により光源
の空中波長を確定する方法に関する。さらに、本発明は
特許請求の範囲第２項の前文に記載されているような装
置に関する。
アンビギュイティを有する安定化・制御回路により光源
の空中波長を確定する方法に関する。さらに、本発明は
特許請求の範囲第２項の前文に記載されているような装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】空気中のレーザー波長が正確にわかって
いれば、空気中で干渉計により行う長さの測定は非常に
精密である。そのためには、空気中のレーザー波長を安
定させなければならないが、それはレーザーの周波数変
化（又は真空波長の変化）により可能である。それに適
する手段は、空気を充満させたファブリー・ペロー干渉
計である。ところが、この干渉計には非常に多くの最大
透過率値がある。すなわち、安定化のアンビギュイティ
が存在しているのである。従って、安定化を行う最大透
過率値を知ることが必要である。通常の周囲環境条件の
下での圧力，温度及び湿度の変化は必然的に空気の屈折
率を変化させ、それの伴って、典型的なレーザーダイオ
ードや固体レーザー，たとえば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザー
の同調範囲を越える一定の空気波長を維持するために、
周波数をシフトさせることが必要である。周囲環境条件
に応じてファブリー・ペロー干渉計の様々な最大透過率
値へジャンプすることにより、それに対処することがで
きる。ところが、その時点のちょうど利用している最大
透過率値、従って、波長がわかっていなければならな
い。測定プロセスの間、これはジャンプの回数をカウン
トすることにより起こりうる。ところが、装置をオンす
るときには問題になる。
いれば、空気中で干渉計により行う長さの測定は非常に
精密である。そのためには、空気中のレーザー波長を安
定させなければならないが、それはレーザーの周波数変
化（又は真空波長の変化）により可能である。それに適
する手段は、空気を充満させたファブリー・ペロー干渉
計である。ところが、この干渉計には非常に多くの最大
透過率値がある。すなわち、安定化のアンビギュイティ
が存在しているのである。従って、安定化を行う最大透
過率値を知ることが必要である。通常の周囲環境条件の
下での圧力，温度及び湿度の変化は必然的に空気の屈折
率を変化させ、それの伴って、典型的なレーザーダイオ
ードや固体レーザー，たとえば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザー
の同調範囲を越える一定の空気波長を維持するために、
周波数をシフトさせることが必要である。周囲環境条件
に応じてファブリー・ペロー干渉計の様々な最大透過率
値へジャンプすることにより、それに対処することがで
きる。ところが、その時点のちょうど利用している最大
透過率値、従って、波長がわかっていなければならな
い。測定プロセスの間、これはジャンプの回数をカウン
トすることにより起こりうる。ところが、装置をオンす
るときには問題になる。
【０００３】公知の解決方法−Ｍ．ＫｅｒｎｅｒのＦｅ
ｉｎｗｅｒｋｔｅｃｈｎｉｋ＋Ｍｅｓｓｔｅｃｈｎｉｋ
第８７号（１９７９年）の８ページ（図１０），欧州公
開特許公報第００９４７０９号，ドイツ公開特許公報第
３９１１４７２号−は、アンビギュイティを克服するた
めに、精密さの異なる第２のファブリー・ペロー干渉計
を使用する。また、ＷＯ第９０／１１４９２号は、その
ために、特別な波長測定システムを設けている。同じ出
願人による、まだ公開されていない特許出願ＤＥＰ第４
０３９３７１．２号には、真空にしたファブリー・ペロ
ー干渉計による真空波長の安定化に関わる問題点と、そ
の解決方法が記載されている。
ｉｎｗｅｒｋｔｅｃｈｎｉｋ＋Ｍｅｓｓｔｅｃｈｎｉｋ
第８７号（１９７９年）の８ページ（図１０），欧州公
開特許公報第００９４７０９号，ドイツ公開特許公報第
３９１１４７２号−は、アンビギュイティを克服するた
めに、精密さの異なる第２のファブリー・ペロー干渉計
を使用する。また、ＷＯ第９０／１１４９２号は、その
ために、特別な波長測定システムを設けている。同じ出
願人による、まだ公開されていない特許出願ＤＥＰ第４
０３９３７１．２号には、真空にしたファブリー・ペロ
ー干渉計による真空波長の安定化に関わる問題点と、そ
の解決方法が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に述べたような方法及び装置を簡略化すると共に、その
校正方法及び駆動方法を提供することである。
に述べたような方法及び装置を簡略化すると共に、その
校正方法及び駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】解決方法は特許請求の範
囲第１項の特徴によって得られるが、それによれば、ア
ンビギュイティを排除するために、周囲空気の熱力学的
パラメータＴL ，ｐ，ｒＦから、制御回路の部分により
空中波長の概略値を確定し、この概略値からまるめによ
りジャンプＦＳＲの数Ｎを確定し、このジャンプＦＳＲ
の数Ｎによって厳密な空中波長λL を決定する。適切な
装置は特許請求の範囲第２項の特徴によって得られる。
有利な構成は特許請求の範囲第３項から第７項の対象で
ある。付随する校正方法は特許請求の範囲第８項の対象
であり、それによれば、ファブリー・ペロー干渉計の本
体温度及び／又はレーザーの温度及び／又は干渉計の容
積の中の空気湿度に関する送信器とメモリがさらに設け
られており、それらをコンピュータにおいて空中波長の
近似値の計算のために関連づけする。通常動作へのオン
を実行する方法は特許請求の範囲第９項から第１２項の
対象である。駆動の方法は特許請求の範囲第１３項及び
第１４項の対象である。以下、図面を参照して本発明を
さらに詳細に説明する。
囲第１項の特徴によって得られるが、それによれば、ア
ンビギュイティを排除するために、周囲空気の熱力学的
パラメータＴL ，ｐ，ｒＦから、制御回路の部分により
空中波長の概略値を確定し、この概略値からまるめによ
りジャンプＦＳＲの数Ｎを確定し、このジャンプＦＳＲ
の数Ｎによって厳密な空中波長λL を決定する。適切な
装置は特許請求の範囲第２項の特徴によって得られる。
有利な構成は特許請求の範囲第３項から第７項の対象で
ある。付随する校正方法は特許請求の範囲第８項の対象
であり、それによれば、ファブリー・ペロー干渉計の本
体温度及び／又はレーザーの温度及び／又は干渉計の容
積の中の空気湿度に関する送信器とメモリがさらに設け
られており、それらをコンピュータにおいて空中波長の
近似値の計算のために関連づけする。通常動作へのオン
を実行する方法は特許請求の範囲第９項から第１２項の
対象である。駆動の方法は特許請求の範囲第１３項及び
第１４項の対象である。以下、図面を参照して本発明を
さらに詳細に説明する。
【０００５】
【実施例】図１に示す構成の主要な構成要素はレーザー
ダイオード１と、そのレーザーダイオードにより照明さ
れる干渉計２と、波長を安定させるためのファブリー・
ペロー干渉計３と、コンピュータ４と、一度だけ又はよ
り広い使用間隔に従って必要とされる校正手段５であ
る。レーザーダイオード１は温度センサ１０１と、ペル
チエ素子１０２とを具備し、それらは制御装置１０３と
共にレーザーダイオードの温度を一定に保持する。電流
供給源１３０は駆動電流ｉを供給する。レーザーダイオ
ード１から干渉計２に向かう光線の一部はミラー３０３
により分割され、ファブリー・ペロー干渉計３を通して
フォトダイオード３０１又は基準ダイオード３０２へ向
かう。フォトダイオード３０１及び３０２の出力端子
は、レーザーダイオード１の電流供給源１３０に作用を
与えるＰＩ調整器３０５と接続している。
ダイオード１と、そのレーザーダイオードにより照明さ
れる干渉計２と、波長を安定させるためのファブリー・
ペロー干渉計３と、コンピュータ４と、一度だけ又はよ
り広い使用間隔に従って必要とされる校正手段５であ
る。レーザーダイオード１は温度センサ１０１と、ペル
チエ素子１０２とを具備し、それらは制御装置１０３と
共にレーザーダイオードの温度を一定に保持する。電流
供給源１３０は駆動電流ｉを供給する。レーザーダイオ
ード１から干渉計２に向かう光線の一部はミラー３０３
により分割され、ファブリー・ペロー干渉計３を通して
フォトダイオード３０１又は基準ダイオード３０２へ向
かう。フォトダイオード３０１及び３０２の出力端子
は、レーザーダイオード１の電流供給源１３０に作用を
与えるＰＩ調整器３０５と接続している。
【０００６】周知のように、波長λL の安定化は干渉計
２の空洞２３０で行われ、そのために、ファブリー・ペ
ロー干渉計３のハウジングにある開口３２０を、干渉計
２の空洞２３０に配置したことは、ファブリー・ペロー
干渉計３及び干渉計２の中の空気は熱力学的平衡状態に
あり、等しい屈折率を有することを確実にする。ところ
が、波長λL の絶対値はまだわかっておらず、周波数の
調整範囲は、実験室の条件の下で干渉計２の空洞２３０
の中で起こる屈折率の通常の変動を補償できるようにす
るには狭すぎる。従って、本発明によれば、干渉計２の
空洞２３０の中に空気圧ｐを測定するセンサ２０１と、
気温ＴL を測定するセンサ２０２と、オプションとして
相対湿度ｒＦを測定するセンサ２０３とを配置してい
る。ハウジングには熱慣性があるため、ファブリー・ペ
ロー干渉計３の温度ＴF ３０４を測定する別のセンサ３
０４をこの干渉計に取付けることができる。
２の空洞２３０で行われ、そのために、ファブリー・ペ
ロー干渉計３のハウジングにある開口３２０を、干渉計
２の空洞２３０に配置したことは、ファブリー・ペロー
干渉計３及び干渉計２の中の空気は熱力学的平衡状態に
あり、等しい屈折率を有することを確実にする。ところ
が、波長λL の絶対値はまだわかっておらず、周波数の
調整範囲は、実験室の条件の下で干渉計２の空洞２３０
の中で起こる屈折率の通常の変動を補償できるようにす
るには狭すぎる。従って、本発明によれば、干渉計２の
空洞２３０の中に空気圧ｐを測定するセンサ２０１と、
気温ＴL を測定するセンサ２０２と、オプションとして
相対湿度ｒＦを測定するセンサ２０３とを配置してい
る。ハウジングには熱慣性があるため、ファブリー・ペ
ロー干渉計３の温度ＴF ３０４を測定する別のセンサ３
０４をこの干渉計に取付けることができる。
【０００７】これらのセンサ２０１，２０２，２０３，
３０４の測定値と、電流供給源１３０のレーザーダイオ
ード電流ｉの値はコンピュータ４の入力端子４０１へ送
られる。最初に稼動させるときと、長い期間にわたり動
作させた後又は構成を変えた後に新たに校正が要求され
るときに限り、校正手段５をレーザー光源と接続させ
る。レーザー光の一部を分割ミラー５０１により真空波
長検出器５０２、たとえば、波長を校正された基準と比
較する波長計などへ導かれる。干渉計２の空洞２３０の
中には、屈折率ｎL を検出する検出器２０４、特に屈折
計が装着される。あるいは、長さ測定のために設計され
た干渉計２の中に長さ基準を組込むことも可能であり、
その測定値から空気中波長λL の絶対値を確定すること
ができる。
３０４の測定値と、電流供給源１３０のレーザーダイオ
ード電流ｉの値はコンピュータ４の入力端子４０１へ送
られる。最初に稼動させるときと、長い期間にわたり動
作させた後又は構成を変えた後に新たに校正が要求され
るときに限り、校正手段５をレーザー光源と接続させ
る。レーザー光の一部を分割ミラー５０１により真空波
長検出器５０２、たとえば、波長を校正された基準と比
較する波長計などへ導かれる。干渉計２の空洞２３０の
中には、屈折率ｎL を検出する検出器２０４、特に屈折
計が装着される。あるいは、長さ測定のために設計され
た干渉計２の中に長さ基準を組込むことも可能であり、
その測定値から空気中波長λL の絶対値を確定すること
ができる。
【０００８】さらに、周知のように、ファブリー・ペロ
ー干渉計３の重ならないスペクトル範囲ＦＳＲを決定す
る。空中波長を安定させるための制御回路１，３，３０
５，１３０を装着し、レーザーダイオード電流の開始値
ｉO と、レーザーダイオード温度の開始値ＴLdo とを校
正手段５により検出すると共に、空洞２３０の中にある
センサ２０１，２０２，２０３及びファブリー・ペロー
干渉計３の温度センサ３０４の開始値を、たとえば、入
力端子４０１を介して獲得する。校正手段５により得た
全ての値を校正用メモリ４５０に記憶する。あるいは、
測定値を、まず、コンピュータ４で解析し、その後に校
正用メモリ４５０に記憶することも可能である。
ー干渉計３の重ならないスペクトル範囲ＦＳＲを決定す
る。空中波長を安定させるための制御回路１，３，３０
５，１３０を装着し、レーザーダイオード電流の開始値
ｉO と、レーザーダイオード温度の開始値ＴLdo とを校
正手段５により検出すると共に、空洞２３０の中にある
センサ２０１，２０２，２０３及びファブリー・ペロー
干渉計３の温度センサ３０４の開始値を、たとえば、入
力端子４０１を介して獲得する。校正手段５により得た
全ての値を校正用メモリ４５０に記憶する。あるいは、
測定値を、まず、コンピュータ４で解析し、その後に校
正用メモリ４５０に記憶することも可能である。
【０００９】装置の始動時に、コンピュータ４はレーザ
ーダイオード１の温度ＴLDに関して温度安定化装置１０
３に開始値を与え、また、レーザーダイオード１の電流
ｉに関して電流供給源１３０に開始値を与える。さら
に、コンピュータ４は、モジュール４２０において、干
渉計２の主測定値ｍ／λL を空中波長の所定の値λL と
組合わせて、正確な校正測定値ｍを生成し、それを従来
通りの任意の方法により出力する。測定値ｍが長さであ
るように、干渉計２を特に長さの測定に適する構成とす
ることができる。エージングによって装置の様々なパラ
メータ、特にレーザーダイオード１の電流／波長特性曲
線λ（ｉ）は変化するので、変化した制御パラメータは
時間が経過してゆく中での所定の１つの空中波長λL に
属することになる。それに相応して、時間間隔をおいて
修正値λA を生成し、修正用メモリ４１０に記憶する。
装置を新たに始動するときには、この修正値λA をそれ
ぞれ開始値の形成に組入れる。
ーダイオード１の温度ＴLDに関して温度安定化装置１０
３に開始値を与え、また、レーザーダイオード１の電流
ｉに関して電流供給源１３０に開始値を与える。さら
に、コンピュータ４は、モジュール４２０において、干
渉計２の主測定値ｍ／λL を空中波長の所定の値λL と
組合わせて、正確な校正測定値ｍを生成し、それを従来
通りの任意の方法により出力する。測定値ｍが長さであ
るように、干渉計２を特に長さの測定に適する構成とす
ることができる。エージングによって装置の様々なパラ
メータ、特にレーザーダイオード１の電流／波長特性曲
線λ（ｉ）は変化するので、変化した制御パラメータは
時間が経過してゆく中での所定の１つの空中波長λL に
属することになる。それに相応して、時間間隔をおいて
修正値λA を生成し、修正用メモリ４１０に記憶する。
装置を新たに始動するときには、この修正値λA をそれ
ぞれ開始値の形成に組入れる。
【００１０】１例として、真空波長λV が約７８５ｎｍ
である市販のレーザーダイオード１を６０ｎＡの大きさ
の電流ｉで駆動するものと想定する。ファブリー・ペロ
ー干渉計３の重ならないスペクトル範囲ＦＳＲは約１０
-5・λL （λL は空中波長）である。重ならないスペク
トル範囲を実現するために必要な電流差ｉFSR は約１ｎ
Ａになる。レーザーダイオード１を流れる電流は制御パ
ラメータとして利用される。レーザーダイオード１を動
作させるときには、波長の特性曲線領域の中で、一定温
度のところにあり且つｉFSR よりやや大きな広さの電流
範囲を含む動作領域を選択する。この動作領域は可能な
限りモードジャンプから離れているべきであろう。制御
回路１，３，３０１，３０５，１３０のロックインは、
所定の電流範囲の中のロックを探索するように起こる。
この範囲は少なくともｉFSR よりやや広くなければなら
ない。
である市販のレーザーダイオード１を６０ｎＡの大きさ
の電流ｉで駆動するものと想定する。ファブリー・ペロ
ー干渉計３の重ならないスペクトル範囲ＦＳＲは約１０
-5・λL （λL は空中波長）である。重ならないスペク
トル範囲を実現するために必要な電流差ｉFSR は約１ｎ
Ａになる。レーザーダイオード１を流れる電流は制御パ
ラメータとして利用される。レーザーダイオード１を動
作させるときには、波長の特性曲線領域の中で、一定温
度のところにあり且つｉFSR よりやや大きな広さの電流
範囲を含む動作領域を選択する。この動作領域は可能な
限りモードジャンプから離れているべきであろう。制御
回路１，３，３０１，３０５，１３０のロックインは、
所定の電流範囲の中のロックを探索するように起こる。
この範囲は少なくともｉFSR よりやや広くなければなら
ない。
【００１１】実際の空中波長を確定する場合、ロックが
起こる電流をｉとすれば、レーザーダイオード１の真空
波長は、 λV＝λV,O＋ｄλV／ｄi（ｉ−ｉO）＋ｄλV／ｄＴL（ＴL−ＴL,O） （式１） となり、空中波長は次のようになる。 λL＝λV／ｎ （式２）係数ｄ
λV／ｄi及びｄλV／ｄＴL（典型的な値は６・１０-3ｎ
ｍ／ｎＡと、１０-3ｎｍ／Ｋ）は、レーザーダイオード
１の測定時、すなわち、校正時に決定される。屈折率ｎ
は、エドレンの公式に従って、ＴL ，ｐ及び場合によっ
てはｒＦの測定値を代入しながら計算する。そのように
して計算される空中波長λL は、ファブリー・ペロー干
渉計３の透過波長でなけらばならない。この透過波長は
次の式により与えられる。
起こる電流をｉとすれば、レーザーダイオード１の真空
波長は、 λV＝λV,O＋ｄλV／ｄi（ｉ−ｉO）＋ｄλV／ｄＴL（ＴL−ＴL,O） （式１） となり、空中波長は次のようになる。 λL＝λV／ｎ （式２）係数ｄ
λV／ｄi及びｄλV／ｄＴL（典型的な値は６・１０-3ｎ
ｍ／ｎＡと、１０-3ｎｍ／Ｋ）は、レーザーダイオード
１の測定時、すなわち、校正時に決定される。屈折率ｎ
は、エドレンの公式に従って、ＴL ，ｐ及び場合によっ
てはｒＦの測定値を代入しながら計算する。そのように
して計算される空中波長λL は、ファブリー・ペロー干
渉計３の透過波長でなけらばならない。この透過波長は
次の式により与えられる。
【００１２】 λL＝λL,O＋ｄλL／ｄp（ｐ−ｐO）＋ｄλL／ＤＴF（ＴF−ＴF,O）＋Ｎ・ ＦＳＲ （式３） 係数ｄλL／ｄpは空気圧に基づいてファブリー・ペロー
干渉計３の圧縮を表し、Ｅ係数から計算できる（大き
さ： ｄλL／ｄp＝１０-9 λ／ ｈｐa ）。 また、ｄλ
L／ｄＴFはファブリー・ペロー干渉計３の熱膨張を考慮
している（この値の大きさはＺｅｒｏｄｕｒの仕様書に
よれば２．５・１０-7 λ／Ｋ以下である）。Ｎは整数
でなければならない。これは等式（式２）及び（式３）
を組合わせて、通常通りに計算することにより得られ
る。理想的な場合にはまるめは不要であるが、実際に
は、中でも、レーザーダイオード１のエージングと、空
気の屈折率の測定精度とが関連してくる。空中波長の値
を最終的に提示するために、式（３）を正しい整数のＮ
と関連づける。
干渉計３の圧縮を表し、Ｅ係数から計算できる（大き
さ： ｄλL／ｄp＝１０-9 λ／ ｈｐa ）。 また、ｄλ
L／ｄＴFはファブリー・ペロー干渉計３の熱膨張を考慮
している（この値の大きさはＺｅｒｏｄｕｒの仕様書に
よれば２．５・１０-7 λ／Ｋ以下である）。Ｎは整数
でなければならない。これは等式（式２）及び（式３）
を組合わせて、通常通りに計算することにより得られ
る。理想的な場合にはまるめは不要であるが、実際に
は、中でも、レーザーダイオード１のエージングと、空
気の屈折率の測定精度とが関連してくる。空中波長の値
を最終的に提示するために、式（３）を正しい整数のＮ
と関連づける。
【００１３】個々のパラメータの必要な測定精度を見積
もるために、屈折率係数の大きさを次の通りとする。 ｄn ／ｄＴL ＝−１０-6 ／Ｋ； ｄn ／ｄp ＝３・１０-7 ／ｈｐa ； ｄn ／ｄｒＦ＝−１０-8 ／％ｒＦ さらに、屈折率は悪い条件の下で、たとえば、製造空間
の中で異種気体により大きさでいえば１〜２・１０-6程
度高くなりうるということに注意すべきである。ファブ
リー・ペロー干渉計３の最大透過率の間隔は１０-5の屈
折率差に対応しているので、高精度の温度センサ２０
２，３０４と圧力センサ２０１は不要である。その上、
空気湿度ｒＦを全く考慮しなくとも良い。そこで、典型
的には次のような周囲環境センサが必要になる。−約１
ｈｐa の精度をもつ圧力計２０１；−約１度未満の精度
をもつ大気温度計２０２；−ファブリー・ペロー干渉計
の熱膨張によって決まり、Ｚｅｒｏｄｕｒの設計によれ
ば約１度となっている材料温度計３０４そのようなセン
サ２０１，２０２，３０４は適度な価格で市販されてお
り、信頼しうるものである。従って先に挙げた従来の技
術におけるように、第２の完全な形のファブリー・ペロ
ー干渉計を配置した場合と比べて、相当の節約が可能に
なる。
もるために、屈折率係数の大きさを次の通りとする。 ｄn ／ｄＴL ＝−１０-6 ／Ｋ； ｄn ／ｄp ＝３・１０-7 ／ｈｐa ； ｄn ／ｄｒＦ＝−１０-8 ／％ｒＦ さらに、屈折率は悪い条件の下で、たとえば、製造空間
の中で異種気体により大きさでいえば１〜２・１０-6程
度高くなりうるということに注意すべきである。ファブ
リー・ペロー干渉計３の最大透過率の間隔は１０-5の屈
折率差に対応しているので、高精度の温度センサ２０
２，３０４と圧力センサ２０１は不要である。その上、
空気湿度ｒＦを全く考慮しなくとも良い。そこで、典型
的には次のような周囲環境センサが必要になる。−約１
ｈｐa の精度をもつ圧力計２０１；−約１度未満の精度
をもつ大気温度計２０２；−ファブリー・ペロー干渉計
の熱膨張によって決まり、Ｚｅｒｏｄｕｒの設計によれ
ば約１度となっている材料温度計３０４そのようなセン
サ２０１，２０２，３０４は適度な価格で市販されてお
り、信頼しうるものである。従って先に挙げた従来の技
術におけるように、第２の完全な形のファブリー・ペロ
ー干渉計を配置した場合と比べて、相当の節約が可能に
なる。
【００１４】時間が経過するにつれてレーザーダイオー
ド１を流れる電流が（たとえば、空気の屈折率の変化に
よって）所定の制御範囲から外れると、その電流をｉ
FSR の整数倍だけの変化と、新たなロックインとにより
再びその制御範囲に戻すことができる。そのような場
合、Ｎを完全に新しく確定するか、あるいは起こった電
流の変化からＮの変化を検出することができる。レーザ
ーダイオード１のエージングを考慮すると、それは真空
波長のオフセットλA という形で現れるので、（式１）
から、 λV,A =λV,O＋ｄλV／ｄi（ｉ−ｉO）＋ｄλV／ｄＴL（ＴL−ＴL,O ）＋λA =λV ＋λA （式４） 安定化が継続しているため、（式３）及び（式２）から
λV,A を確定することができる。従って、たとえば、オ
フする前にλA を確定し、それを修正用メモリ４１０に
記憶し、この値を次にオンするときに利用することがで
きる。そこで、Ｎ及びλL を確定するときに（式１）の
代わりに（式４）を使用する。
ド１を流れる電流が（たとえば、空気の屈折率の変化に
よって）所定の制御範囲から外れると、その電流をｉ
FSR の整数倍だけの変化と、新たなロックインとにより
再びその制御範囲に戻すことができる。そのような場
合、Ｎを完全に新しく確定するか、あるいは起こった電
流の変化からＮの変化を検出することができる。レーザ
ーダイオード１のエージングを考慮すると、それは真空
波長のオフセットλA という形で現れるので、（式１）
から、 λV,A =λV,O＋ｄλV／ｄi（ｉ−ｉO）＋ｄλV／ｄＴL（ＴL−ＴL,O ）＋λA =λV ＋λA （式４） 安定化が継続しているため、（式３）及び（式２）から
λV,A を確定することができる。従って、たとえば、オ
フする前にλA を確定し、それを修正用メモリ４１０に
記憶し、この値を次にオンするときに利用することがで
きる。そこで、Ｎ及びλL を確定するときに（式１）の
代わりに（式４）を使用する。
【００１５】説明した実施例では、レーザー１としてレ
ーザーダイオード１を使用するが、別の有利な構成はＮ
ｄ−ＹＡＧリングレーザーを使用するものである。この
構成は、温度制御電圧を変化させることにより、およそ
λ＝１０６４ｎｍだけ離調させることができる。制御範
囲はモードジャンプにより限定されており、先に挙げた
ファブリー・ペロー干渉計３の重ならないスペクトル範
囲の約３倍の広さである。制御回路として適切なファブ
リー・ペロー干渉計３は先に挙げた従来の技術の中に記
載されている。Ｚｅｒｏｄｕｒのガラスセラミック支持
体と、空気を自由に交換させるための十分に大きな孔と
を有する共焦点形構成が有利である。
ーザーダイオード１を使用するが、別の有利な構成はＮ
ｄ−ＹＡＧリングレーザーを使用するものである。この
構成は、温度制御電圧を変化させることにより、およそ
λ＝１０６４ｎｍだけ離調させることができる。制御範
囲はモードジャンプにより限定されており、先に挙げた
ファブリー・ペロー干渉計３の重ならないスペクトル範
囲の約３倍の広さである。制御回路として適切なファブ
リー・ペロー干渉計３は先に挙げた従来の技術の中に記
載されている。Ｚｅｒｏｄｕｒのガラスセラミック支持
体と、空気を自由に交換させるための十分に大きな孔と
を有する共焦点形構成が有利である。
【図１】干渉計に設けられたファブリー・ペロー安定化
レーザー光源の概略図。
レーザー光源の概略図。
１ レーザーダイオード ２ 干渉計 ３ ファブリー・ペロー干渉計 ４ コンピュータ １０１ 温度センサ １３０ 電流供給源 ２０１，２０２，２０３，３０４ センサ ２０４ 検出器 ２３０ 空洞 ３０１ フォトダイオード ４５０ 校正用メモリ
Claims (14)
- 【請求項１】 所定のジャンプ（ＦＳＲ）を伴うアンビ
ギュイティを有する安定化・制御回路（１，３，３０
１，３０５，１３０）により光源（１）の空中波長（λ
L ）を確定し且つ固定する方法において、アンビギュイ
ティを排除するために、周囲空気（２３０）の熱力学的
パラメータ（ＴL ，ｐ，ｒＦ）から、また、必要に応じ
て制御回路（１，３，３０１，３０５，１３０）の部分
（３）により空中波長の概略値を確定し、この概略値か
らまるめによりジャンプ（ＦＳＲ）の数（Ｎ）を確定
し、このジャンプ（ＦＳＲ）の数（Ｎ）によって厳密な
空中波長（λL ）を決定することを特徴とする方法。 - 【請求項２】 干渉計（２）のファブリー・ペロー安定
化レーザー光源において，少なくとも１つの制御パラメ
ータ（ｉ）によりある周波数範囲にわたり同調可能であ
る周波数をもつレーザー（１）と，干渉計（２）の容積
（２３０）と熱力学的平衡状態にある空気充填部分（３
２０）と、レーザー（１）の制御範囲より狭い重ならな
いスペクトル範囲（ＦＳＲ）と、出力端子側にある光検
出器（３０１）とを有するファブリー・ペロー干渉計
（３）と，光検出器（３０１）及びレーザー（１）の制
御パラメータ（ｉ）により、レーザー（１）の空中波長
（λL ）をファブリー・ペロー干渉計（３）の最大透過
率値（Ｎ）のある箇所に固定し、周波数範囲の限界に達
したとき、ファブリー・ペロー干渉計（３）の重ならな
いスペクトル範囲（ＦＳＲ）を越えて最も近い最大透過
率値（Ｎ＋１，Ｎ−１）に向かうジャンプを起こさせる
制御回路と，干渉計（２）の容積（２３０）の空気圧
（２０１）及び温度（２０２）と、制御パラメータ
（ｉ）と、最大透過率値（Ｎ）の間のジャンプの和とに
関する送信器及びメモリ（４５０）と，制御パラメータ
（ｉ）により確定される真空波長（λV ）と、空気圧
（ｐ）及び空気温度（ＴL ）の値からエドレンのパラメ
ータ方式に従って確定される屈折率とから空中波長（λ
L ）の近似値を計算し，その近似値に最も近い最大透過
率値の次数を確定し，最も近い最大透過率値（Ｎ）の次
数と、ファブリー・ペロー干渉計（３）の既知のモード
間隔とから厳密な空中波長（λL ）を確定するコンピュ
ータ（４）とを具備するレーザー光源。 - 【請求項３】 レーザー（１）として、ダイオード電流
（ｉ）及びダイオード温度（ＴL ）を制御パラメータと
するレーザーダイオードを適用することを特徴とする請
求項２記載のレーザー光源。 - 【請求項４】 レーザー（１）として、温度制御電圧を
制御パラメータとするＮｄ−ＹＡＧリングレーザーを適
用することを特徴とする請求項２記載のレーザー光源。 - 【請求項５】 ファブリー・ペロー干渉計（３）は共焦
構成であることを特徴とする請求項２記載のレーザー光
源。 - 【請求項６】 ダイオード温度（１０１）を一定に保持
しておき、制御回路（１，３，３０１，３０５，１３
０）は制御パラメータとしてダイオード電流（ｉ）を利
用することを特徴とする請求項３記載のレーザー光源。 - 【請求項７】 ファブリー・ペロー干渉計（３）の本体
温度（３０４,ＴF）及び／又はレーザー（１）の温度
（１０１，ＴLD）及び／又は干渉計（２）の容積（２３
０）の中の空気湿度（２０３，ｒＦ）に関する付加的な
送信器とメモリが設けられており、それらをコンピュー
タ（４）において空中波長（λL ）の近似値の計算のた
めに関連づけすることを特徴とする請求項２記載のレー
ザー光源。 - 【請求項８】 請求項２から７の少なくとも１項に記載
のレーザー光源を校正する方法において、安定化動作の
中で，レーザー（１）の周波数，レーザー光源の空中波
長（λL ），干渉計の容積（２３０）の中の空気の屈折
率（ｎL ）の値のうち２つと，ファブリー・ペロー干渉
計（３）の重ならないスペクトル範囲（ＦＳＲ）とをさ
らに測定し，それにより、コンピュータ（４）で空中波
長（λL ）を計算するための関数を確定して記憶するこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項９】 請求項２から７の少なくとも１項に記載
のレーザー光源を先にオフした後にオンする方法におい
て、制御パラメータ（ｉ）が等しいときにエージングに
よって必然的に起こるレーザー（１）の周波数のシフト
に関してオフの時点で記憶されていた値（λa ）を空中
波長（λL ）の近似値の計算に取入れることを特徴とす
る方法。 - 【請求項１０】 波長測定用干渉計（２）のための請求
項８記載のレーザー光源を校正する方法において、空中
波長（λL ）は波長測定用干渉計（２）の波長基準によ
って確定されることを特徴とする方法。 - 【請求項１１】 空気の屈折率は干渉計の容積（２３
０）の空気圧（ｐ），温度（ＴL ）及び空気湿度（ｒ
Ｆ）からエドレンの公式に従って確定される請求項８記
載の方法。 - 【請求項１２】 空気の屈折率は屈折計により測定され
ることを特徴とする請求項８記載の方法。 - 【請求項１３】 請求項２記載のファブリー・ペロー安
定化光源を駆動する方法において、コンピュータ（４）
における厳密な空中波長（λL ）の確定は一定の時間間
隔で繰返されることを特徴とする方法。 - 【請求項１４】 請求項２記載のファブリー・ペロー安
定化光源を駆動する方法において、コンピュータ（４）
における厳密な空中波長（λL ）の確定は送信器（２０
１〜２０４，ｉ，３０４）の信号が所定の変化を示した
ときに繰返されることを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4114407.4 | 1991-05-03 | ||
| DE19914114407 DE4114407A1 (de) | 1991-05-03 | 1991-05-03 | Verfahren und anordnung zur bestimmung und fixierung der luftwellenlaenge einer lichtquelle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05126639A true JPH05126639A (ja) | 1993-05-21 |
Family
ID=6430865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4100282A Pending JPH05126639A (ja) | 1991-05-03 | 1992-03-27 | 光源の空中波長を確定し且つ固定する方法及び装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05126639A (ja) |
| DE (1) | DE4114407A1 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5420877A (en) * | 1993-07-16 | 1995-05-30 | Cymer Laser Technologies | Temperature compensation method and apparatus for wave meters and tunable lasers controlled thereby |
| US6580517B2 (en) | 2000-03-01 | 2003-06-17 | Lambda Physik Ag | Absolute wavelength calibration of lithography laser using multiple element or tandem see through hollow cathode lamp |
| US7006541B2 (en) | 1998-06-01 | 2006-02-28 | Lambda Physik Ag | Absolute wavelength calibration of lithography laser using multiple element or tandem see through hollow cathode lamp |
| US6160832A (en) | 1998-06-01 | 2000-12-12 | Lambda Physik Gmbh | Method and apparatus for wavelength calibration |
| US6667804B1 (en) * | 1999-10-12 | 2003-12-23 | Lambda Physik Ag | Temperature compensation method for wavemeters |
| US6597462B2 (en) | 2000-03-01 | 2003-07-22 | Lambda Physik Ag | Laser wavelength and bandwidth monitor |
| US6807205B1 (en) | 2000-07-14 | 2004-10-19 | Lambda Physik Ag | Precise monitor etalon calibration technique |
| EP1099943B1 (en) * | 2000-08-16 | 2003-01-08 | Agilent Technologies, Inc. (a Delaware corporation) | Wavemeter comprising coarse and fine measuring units |
| US6747741B1 (en) | 2000-10-12 | 2004-06-08 | Lambda Physik Ag | Multiple-pass interferometric device |
| EP1380822B1 (en) | 2002-07-11 | 2006-12-20 | Agilent Technologies, Inc. - a Delaware corporation - | Wavelength determining apparatus and method |
| US7200159B2 (en) * | 2004-03-01 | 2007-04-03 | Lucent Technologies Inc. | Method and apparatus for temperature stabilization of a wavelength of a laser |
| US10948356B1 (en) | 2020-06-22 | 2021-03-16 | Quantum Valley Ideas Laboratories | Measuring wavelength of light |
-
1991
- 1991-05-03 DE DE19914114407 patent/DE4114407A1/de not_active Withdrawn
-
1992
- 1992-03-27 JP JP4100282A patent/JPH05126639A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4114407A1 (de) | 1992-11-05 |
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